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1、第四章 存储逻辑本讲稿第一页，共四十页教学基本要求教学基本要求掌握：掌握：熟悉：熟悉：1、特殊存储部件的逻辑结构及工作原理；、特殊存储部件的逻辑结构及工作原理；2、ROM的结构和工作原理；的结构和工作原理；3、存储器容量的扩充方法。、存储器容量的扩充方法。1、RAM的逻辑结构；的逻辑结构；2、RAM的两种地址译码方法；的两种地址译码方法；3、ROM的应用的应用代码转换器。代码转换器。本讲稿第二页，共四十页4.1特殊存储部件特殊存储部件存储逻辑存储逻辑是时序逻辑和组合逻辑相结合的产物。是时序逻辑和组合逻辑相结合的产物。能够存储能够存储mn个二进制比特数的逻辑电路，我个二进制比特数的逻辑电路，我们
2、叫做们叫做存储器存储器。与与存储器存储器相比，特殊存储部件如：寄存器堆、相比，特殊存储部件如：寄存器堆、寄存器队列、寄存器堆栈是由寄存器队列、寄存器堆栈是由寄存器寄存器组成。组成。本讲稿第三页，共四十页特点：特点：存储容量小，逻辑结构简单，工作速度快。存储容量小，逻辑结构简单，工作速度快。助记：助记：寄存器寄存器和和存储器存储器区别：类似于一维数组与二维区别：类似于一维数组与二维数组的区别。数组的区别。一个一个寄存器寄存器是由是由n个触发器或锁存器按并行方式个触发器或锁存器按并行方式输入且并行方式输出构成。如：以字（输入且并行方式输出构成。如：以字（n位）为位）为单位存储。单位存储。当要存储更
3、多的字时，需要使用集当要存储更多的字时，需要使用集中的寄存器组逻辑结构：寄存器堆。它实际上是中的寄存器组逻辑结构：寄存器堆。它实际上是一个容量极小的存储器。一个容量极小的存储器。本讲稿第四页，共四十页n位位数据出数据出n位位数据入数据入M字字地址地址寄寄存存器器堆堆（a）逻辑结构图）逻辑结构图4.1.1寄存器堆寄存器堆本讲稿第五页，共四十页地址地址m字字译码器译码器数据出数据出数据入数据入n位位n位位DMUXMUX寄存器组寄存器组（b）原理示意图）原理示意图本讲稿第六页，共四十页（a）双端口输出寄存器堆逻辑结构）双端口输出寄存器堆逻辑结构A输出输出数据入数据入A地址地址（4位）位）寄寄存存器器
4、堆堆(16个）个）B地址地址（4位）位）B输出输出B地址地址本讲稿第七页，共四十页寄存器寄存器A寄存器寄存器B16字寄存器堆字寄存器堆加法器加法器A输出输出B输出输出地址地址地址地址（b）简单运算器电路）简单运算器电路本讲稿第八页，共四十页4.1.2寄存器队列（寄存器队列（FIFO）本讲稿第九页，共四十页4.1.2寄存器堆栈（寄存器堆栈（LIFO）通用通用寄存器寄存器栈顶栈顶栈底栈底进栈进栈进栈进栈出栈出栈本讲稿第十页，共四十页4.2随机读写存储器随机读写存储器RAM简写为简写为RAM，是数字计算机的重要记忆部件，是数字计算机的重要记忆部件，用来存放数据或指令。用来存放数据或指令。RAM：双极
5、型双极型:工作速度高，但制造工工作速度高，但制造工艺复杂，成本高，功耗大，集成艺复杂，成本高，功耗大，集成度低，功耗小。度低，功耗小。MOS型型:制造工艺简单，成本低，制造工艺简单，成本低，功耗小，集成度高，但工作速度比功耗小，集成度高，但工作速度比双极型双极型RAM低。分为低。分为静态静态和和动态动态两两种。种。本讲稿第十一页，共四十页由大量寄存器由大量寄存器构成的矩阵构成的矩阵用以决定访问用以决定访问哪个字单元哪个字单元用以决定对用以决定对被选中的单元被选中的单元是读还是写是读还是写读出及写入读出及写入数据的通道数据的通道4.2.1 RAM 的结构的结构本讲稿第十二页，共四十页6.2.3
6、存储器存储器RAM时序及时序及控制控制地址地址MDR数据数据m位位n位位n位位位存储位存储矩阵矩阵译译码码器器MARRAM的逻辑结构的逻辑结构MAR：地址寄存器：地址寄存器MDR：数据缓冲寄：数据缓冲寄存器存器本讲稿第十三页，共四十页地址线是单向的，它传送地址码（二进制数），以地址线是单向的，它传送地址码（二进制数），以便按地址码访问存储单元便按地址码访问存储单元一个一个RAM有三种信号线：有三种信号线：数据线是双向的，它将数据码（二进制数），送数据线是双向的，它将数据码（二进制数），送入存储矩阵或从存储矩阵读出。入存储矩阵或从存储矩阵读出。读读/写控制线传送读（写）命令，且分时发送该命写控制
7、线传送读（写）命令，且分时发送该命令，即读时不写，写时不读。令，即读时不写，写时不读。本讲稿第十四页，共四十页4.2.2 地址译码方法地址译码方法1.单译码结构单译码结构2.双译码结构双译码结构本讲稿第十五页，共四十页本讲稿第十六页，共四十页本讲稿第十七页，共四十页4.3只读存储器只读存储器简写为简写为ROM，只能读出，不能写入，故称为只，只能读出，不能写入，故称为只读存储器（读存储器（Read Only Memory）ROM1.掩模式只读存储器掩模式只读存储器2.一次编程只读存储器（一次编程只读存储器（PROM）3.多次改写编程的只读存储器多次改写编程的只读存储器（EPROM）（）（E2PR
8、OM）（EAROM）4.闪速存储器（闪速存储器（FLASH）本讲稿第十八页，共四十页4.3.2 ROM的结构与工作原理的结构与工作原理1.固定内容的只读存储器（固定内容的只读存储器（ROM）本讲稿第十九页，共四十页或或阵阵列列与阵列与阵列本讲稿第二十页，共四十页地址地址A1 A00 00 11 01 1数据数据D3D2D1D00 1 0 11 0 1 00 1 1 11 1 1 0本讲稿第二十一页，共四十页4.3.3 ROM应用举例应用举例【例例5】用用ROM实现实现4位二进制码到格雷码的位二进制码到格雷码的转换。转换。1.代码转换器代码转换器(1)真值表如下页：真值表如下页：(2)由真值表写
9、出最小项表达式（如下页）：由真值表写出最小项表达式（如下页）：(3)根据最小项表达式，画出根据最小项表达式，画出4位二进制码格雷位二进制码格雷码转换器的码转换器的ROM阵列结构示意图阵列结构示意图(4)选用适当的只读存储器芯片写入数据。地址码选用适当的只读存储器芯片写入数据。地址码A3A0B3B0（A4以上的高位置为以上的高位置为0），则输出），则输出O3O0G3G0本讲稿第二十二页，共四十页二进制码二进制码格雷码格雷码B3 B2 B1 B0G3 G2 G1 G00 0 0 00 0 0 00 0 0 10 0 0 10 0 1 00 0 1 10 0 1 10 0 1 00 1 0 00 1
10、 1 00 1 0 10 1 1 10 1 1 00 1 0 10 1 1 10 1 0 01 0 0 01 1 0 01 0 0 11 1 0 11 0 1 01 1 1 11 0 1 11 1 1 01 1 0 01 0 1 01 1 0 11 0 1 11 1 1 01 0 0 11 1 1 11 0 0 0本讲稿第二十三页，共四十页G3G2G1G0m0 m1 m2 m3 m4 m5 m6 m7 m8 m9 m10 m11 m12 m13 m14 m15B3B2B1B0本讲稿第二十四页，共四十页2.字符发生器字符发生器行行 译译 码码 器器输出缓冲器输出缓冲器F4 F3 F2 F1 F0
11、A2A1A00100100 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1A8A7A6A5A4A3A2A1A0（特征地址）（特征地址）（扫描）（扫描）（字符）（字符）（a）75字符存储点阵字符存储点阵（c）75显示矩阵显示矩阵本讲稿第二十五页，共四十页地址地址译码译码地址地址译码译码输输 出出 缓缓 冲冲A2A1A0A8A7A3ROM矩阵矩阵64757645（b）64字符（字符（75点阵）发生器框图点阵）发生器框图本讲稿第二十六页，共四十页4.5 存储器容量的扩充存储器容量的扩充4.5.1字长位数扩展（位扩展）字长位数扩展（位扩展）给定的芯片字长位数较短，不满足设计要求的存
12、给定的芯片字长位数较短，不满足设计要求的存储器字长，此时需要用多篇给定芯片扩展字长位储器字长，此时需要用多篇给定芯片扩展字长位数。三组信号线中，地址线和控制线公用，数据数。三组信号线中，地址线和控制线公用，数据线单独分开连接。所需芯片数线单独分开连接。所需芯片数d计算公式为计算公式为本讲稿第二十七页，共四十页例例6利用利用64K8位位ROM芯片，设计一个芯片，设计一个64K16位的位的ROM。解：所需芯片数解：所需芯片数本讲稿第二十八页，共四十页本讲稿第二十九页，共四十页片片 8片片 2片片 1数据线数据线地址线地址线A11-A0(a)位扩展位扩展40961位扩展成位扩展成40968位位本讲稿
13、第三十页，共四十页例例7用用1M4位位SRAM芯片，设计芯片，设计1M8位的位的SRAM存储器。存储器。解：所需芯片数解：所需芯片数本讲稿第三十一页，共四十页本讲稿第三十二页，共四十页给定的芯片存储容量较小（字数少），不满足设给定的芯片存储容量较小（字数少），不满足设计要求的总存储容量，此时需要用多片给定芯片计要求的总存储容量，此时需要用多片给定芯片来扩展字数。三组信号线中给定芯片的地址总线来扩展字数。三组信号线中给定芯片的地址总线和数据总线公用，控制总线中和数据总线公用，控制总线中R/W公用，使能端公用，使能端EN不能公用，它由地址总线的高位段译码来决定不能公用，它由地址总线的高位段译码来决
14、定片选信号，所需芯片数片选信号，所需芯片数d计算公式同上。计算公式同上。4.5.2字存储容量扩展（字扩展）字存储容量扩展（字扩展）本讲稿第三十三页，共四十页例例8用用1M8位位DRAM芯片，设计芯片，设计2M8位的位的DRAM存储器。存储器。解：所需芯片数解：所需芯片数本讲稿第三十四页，共四十页本讲稿第三十五页，共四十页片片 2片片 1数据线数据线地址线地址线A10-A0(b)字扩展字扩展A11D3-D0D3-D020484位扩展成位扩展成40964位位本讲稿第三十六页，共四十页4.5.3字位同时扩展字位同时扩展例例9用用20484位位DRAM芯片，设计芯片，设计40968位位的的DRAM存储
15、器。存储器。解：所需芯片数解：所需芯片数本讲稿第三十七页，共四十页A10-A0地址线地址线8位位数数据据线线D7D0D3D0（低四位）（低四位）D7D4（高四位）（高四位）片片 1片片 3片片 2片片 4A11高高4位位低低4位位(c)字位同时扩展字位同时扩展20484位扩展成位扩展成40968位位本讲稿第三十八页，共四十页1、有、有2564位芯片，问地址线多少位？位芯片，问地址线多少位？数据线多少位？数据线多少位？2、使用、使用2564位芯片组成位芯片组成10244位存储位存储器，问需要多少芯片？器，问需要多少芯片？3、使用、使用2564位芯片组成位芯片组成25616位存储位存储器，问需要多少芯片？器，问需要多少芯片？4、使用、使用2564位芯片组成位芯片组成204832位存储位存储器，问需要多少芯片？器，问需要多少芯片？练习题：练习题：本讲稿第三十九页，共四十页作业：作业：P1216本讲稿第四十页，共四十页